有機ラジカルのスピンに基づく単分子スピントロニクス素子の開発

• Project Area: Molecular Architectonics: Orchestration of Single Molecules for Novel Function
• Project/Area Number: 16H00962
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 松下 未知雄 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (80295477)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2017: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2016: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: 分子コンピューター / 分子集積回路 / 負性抵抗素子 / 単一分子スピントロニクス / 有機ラジカル / 有機導電体 / 有機磁性―導電性共存系 / 磁気抵抗 / 有機磁性導電性共存系 / 単分子スピントロニクス / 磁性―導電性共存系 / スピントロニクス / 単分子素子

Outline of Annual Research Achievements

分子コンピューターのモデルとして利用可能な分子系について、さらなる検討を行った。
（１）これまでの研究で、最も有名な分子性導体のひとつであるTTF-TCNQが、パイエルス転移温度以下の絶縁相において負性抵抗を示すことを見出している。この負性抵抗の温度依存性をさらに詳細に検討したところ、TTF-TCNQに見られる３つの相転移が、温度だけでなく、印加する電流密度によっても現れることを見出した。さらに、これら３つの相転移点が、温度・電流密度が異なる場合でも同じ電導度で現れることが明らかとなった。この系における、負性抵抗を含む非線形導電現象と相転移が、電流印加により誘起されたキャリヤー密度に依存する現象であることが明らかとなった。
（２）高い対称性をもつシクロファン型のドナー分子のイオンラジカル結晶において、低温で正方晶系から単斜晶系へ対称性が低下する構造相転移を示すことを利用して、格子変形の方向を印加電流によって制御することを試み、実際に直交する軸方向で一方に大電流を印加すると電流を印加した軸の抵抗が減少し、もう一方の軸の抵抗が上昇する現象を見出している。この系では格子変形の方向が異なる小さなドメインがモザイク状に分布していると考えられ、大電流の印加により一時的に転移温度を超えることで、徐々に電流印加方向に抵抗が低い構造に変化するものと考えられる。しかしながら、これまでの実験では２つの軸方向に交互に電流を印加して測定を行っていたため、電流印加中の変化の様子は必ずしも明確でなかった。本年度、交流電導度測定法を組み合わせることにより、一方の軸に直流の大電流を印加しながらもう一方の軸の電導度の変化を同時に測定したところ、大電流の印加によって実際に構造相転移が生じていることを示す抵抗変化が観察された。分子集積回路のモデルの一つとして興味深い系である。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Giant negative magnetoresistance in Ni(quinoline-8-selenoate)2 (2018)
  • Author(s): Black Nicholas、Daiki Tonouchi、Matsushita Michio M.、Woollins J. Derek、Awaga Kunio、Robertson Neil
  • Journal Title: Physical Chemistry Chemical Physics Volume: 20 Issue: 1 Pages: 514-519
  • DOI: 10.1039/c7cp06273g
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Influence of Air Exposure on Photocarrier Generation in Amorphous and Phase II Thin Films of Titanyl Phthalocyanine (2018)
  • Author(s): Eguchi Keitaro、Imai Yoshiaki、Matsushita Michio M.、Awaga Kunio
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry C Volume: 122 Issue: 14 Pages: 7731-7736
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.8b00290
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 3D Spin-Liquid State in an Organic Hyperkagome Lattice of Mott Dimers (2017)
  • Author(s): A. Mizuno, Y. Shuku, M.M. Matsushita, M. Tsuchiizu, Y. Hara, N. Wada, Y. Shimizu, and K. Awaga
  • Journal Title: Phys. Rev. Lett. Volume: 119 Issue: 5 Pages: 057201-057201
  • DOI: 10.1103/physrevlett.119.057201
  • NAID: 120006795652
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Negative differential resistance in the Peierls insulating phases of TTF-TCNQ (2017)
  • Author(s): Tonouchi Daiki、Matsushita Michio M.、Awaga Kunio
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 96 Issue: 4 Pages: 045116-045116
  • DOI: 10.1103/physrevb.96.045116
  • NAID: 120006795653
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fluorination induced electronic effects on a Pt(ii) square-planar complex of the o-phenylenediimine ligand (2017)
  • Author(s): Pilia L.、Matsushita M. M.、Awaga K.、Robertson N.
  • Journal Title: New Journal of Chemistry Volume: 41 Issue: 13 Pages: 5487-5492
  • DOI: 10.1039/c7nj00394c
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Molecular and thin film properties of cobalt half-sandwich compounds for optoelectronic application (2017)
  • Author(s): Reinhardt, Maxwell; Dalgleish, Simon; Shuku, Yoshiaki; Reissig, Louisa; Matsushita, Michio M.; Crain, Jason; Awaga, Kunio; Robertson, Neil
  • Journal Title: Physical Chemistry Chemical Physics Volume: 19 Issue: 9 Pages: 6768-6776
  • DOI: 10.1039/c6cp08685c
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cycle of charge carrier states with formation and extinction of a floating gate in an ambipolar tetracyanoquaterthienoquinoid-based field-effect transistor (2017)
  • Author(s): Itoh, Takuro; Toyota, Taro; Higuchi, Hiroyuki; Matsushita, Michio M.; Suzuki, Kentaro; Sugawara, Tadashi
  • Journal Title: Cycle of charge carrier states with formation and extinction of a floating gate in an ambipolar tetracyanoquaterthienoquinoid-based field-effect transistor Volume: 671 Pages: 71-77
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2017.01.018
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Transport characteristics of the organic field-effect transistors based on charge transfer complex as semiconductors (2016)
  • Author(s): Yokokura, Seiya; Takahashi, Yukihiro; Hasegawa, Hiroyuki; Harada, Jun; Inabe, Tamotsu; Matsushita, Michio M.; Awaga, Kunio
  • Journal Title: Journal of Nanoscience and Nanotechnology Volume: 16 Issue: 4 Pages: 3355-3359
  • DOI: 10.1166/jnn.2016.12301
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrochemical deposition of highly-conducting metal dithiolene films (2016)
  • Author(s): Allwright, Emily; Silber, Georg; Crain, Jason; Matsushita, Michio M.; Awaga, Kunio; Robertson, Neil
  • Journal Title: Dalton Transactions Volume: 25 Issue: 22 Pages: 9363-9368
  • DOI: 10.1039/c6dt01166g
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Energy levels of metal porphyrins upon molecular alignment during layer-by-layer electrostatic assembly: scanning tunneling spectroscopy vis-´a-vis optical spectroscopy (2016)
  • Author(s): Kundu, Biswajit; Chakrabarti, Sudipto; Matsushita, Michio M.; Pal, Amlan J.
  • Journal Title: RSC Advances Volume: 6 Issue: 53 Pages: 47410-47417
  • DOI: 10.1039/c6ra04314c
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A perovskite based plug and play AC photovoltaic device with ionic liquid induced transient opto-electronic conversion (2016)
  • Author(s): Karak, S.; Nanjo, C.; Odaka, M.; Yuyama, K.; Masuda, G.; Matsushita, M. M.; Awaga, K.
  • Journal Title: Journal of Materials Chemistry A: Materials for Energy and Sustainability Volume: 4 Issue: 23 Pages: 9019-9028
  • DOI: 10.1039/c6ta01427e
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Current-induced Mutual Structural & Conductivity Change Along Orthogonal Axes in an Ion-radical Crystal of Cyclophane-type Donor (2018)
  • Author(s): M. M. Matsushita, D. Tonouchi, K. Awaga, and T. Sugawara
  • Organizer: International Workshop on Molecular Architectonics 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Current-Induced Mutual Structural & Conductivity Change along Orthogonal Crystal Axes in an Ion-Radical Salt of Cyclophane-Type Donor (2017)
  • Author(s): Michio M. Matsushita
  • Organizer: アジア国際シンポジウム 有機結晶部門
  • Place of Presentation: 慶応義塾大学日吉キャンパス
  • Year and Date: 2017-03-17
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Giant Negative Magnetoresistance Caused by Organic Radicals (2017)
  • Author(s): Michio M. Matsushita
  • Organizer: The Eleventh Japanese-Russian International Workshop on Open Shell Compounds and Molecular Spin Devices, Awaji Yumebutai
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] TTF-TCNQのパイエルス絶縁相における負性微分抵抗 (2017)
  • Author(s): 殿内 大輝、松下 未知雄、阿波賀 邦夫
  • Organizer: 第11回分子科学討論会、 仙台市、2017年9月15-18日
• [Presentation] 交差シクロファン型ドナーのイオンラジカル塩の物性・構造相転移における対イオンおよび結晶化溶媒の効果 (2017)
  • Author(s): 殿内大輝、松下未知雄、阿波賀邦夫、菅原正
  • Organizer: 第２６回有機結晶シンポジウム
• [Presentation] “ラチェット波”によるイオン電流駆動の検討 (2016)
  • Author(s): 松下未知雄、小高真慧、阿波賀邦夫
  • Organizer: 分子アーキテクトニクス研究会
  • Place of Presentation: 九州大学筑紫キャンパス 筑紫ホール
  • Year and Date: 2016-10-21
• [Presentation] Recent Progresses in Genuine Organic Coexisting Systems of Magnetism and Conductivity (2016)
  • Author(s): Michio M. Matsushita
  • Organizer: The 15th International Conference on Molecule-Based Magnets (ICMM2016)
  • Place of Presentation: 仙台国際会議場
  • Year and Date: 2016-09-07
  • Int'l Joint Research / Invited